南疆温室园艺设施与装备发展现状与建议.pdf

14 现代农业装备 2023年 南疆温室园艺设施与装备发展现状与建议 徐 灿 1 2 3 李贵莲 3 王南森 3 刘霓红 1 2 3 1 广东省现代农业装备研究所 广东 广州 510630 2 农业农村部华南现代农业智能装备重点实验室 广东 广州 510630 3 广东弘科农业机械研究开发有限公司 广东 广州 510555 摘 要 南疆地区的温室园艺是当地社会经济发展的重要基础之一 本文主要从温室类型及结构 温室作物种植 方式 温室水肥一体化技术以及温室作业机械化程度4个方面对南疆地区的温室园艺设施与设施装备进行总结 针对该地区温室园艺作业机械化程度低 水肥一体自动化程度低 环境控制手段弱以及信息与智能化程度低等问 题 提出了对温室结构进行宜机化改造以及选用或研制适用于南疆温室的小型化机械装备等的解决建议 以期促 进南疆温室园艺设施与装备的发展 关键词 南疆 温室园艺 现状与建议 中图分类号 S625 文献标识码 A 文章编号 1673 2154 2023 01 0014 06 收稿日期 2022 07 18 基金项目 基于精准变量水肥一体化的南疆设施农业提质增效关键技术研究 2019DB001 03 广州市院士专家工作站 穗 科协 2019 48号 作者简介 徐灿 1994 男 工程师 主要从事设施农业装备研究 E mail 1312629819 通讯作者 刘霓红 1972 男 正高级工程师 主要从事设施农业装备研究 E mail 93226078 现代农业装备第44卷 第1期 2023年2月 Vol 44 No 1 Feb 2023Modern Agricultural Equipment 0 引言 天山山脉将新疆所辖地域分为南疆和北疆 南 疆占地面积为 105 104 km 2 约为新疆总面积的 64 南疆以塔克拉玛干沙漠为中心 三面环山 气 候类型是干旱 降水稀少的暖温带气候 但水土 光 照资源丰富 有利于农牧业发展 1 沙漠面积约占南 疆面积的41 南疆沙漠土壤含盐量平均为0 51 pH 值平均为 8 6 土壤有机质含量极低 2 若想发展 农业生产 可依托沙漠大力发展沙漠设施农业 例如 沙漠边缘的和田地区 2018年该地区设施农业种植 面积已达 1 783 hm 2 新疆设施农业发展迅速 近年来 设施农业面积达 20 900 hm 2 其中塑料大棚面积占比 49 7 日光温室面积占比 49 8 设施农业发展不仅 能够改善南疆地区城乡居民生活水平 还提供大量工 作机会 保障了南疆地区的果蔬供给 实现自给自足 对沙漠周边城镇的脱贫攻坚工作具有重要意义 3 4 1 温室主要类型及结构 南疆地区温室类型主要分为拱棚和日光温室等 拱棚结构如图 1 所示 拱棚投资较小 一般用于作物 育苗 具有一定保温功能 能够延长作物的生长周 期 可在春季来临前 30 35 d 种植 亦可在秋季后 20 25 d 种植 拱棚一般沿南北方向建造 骨架为 圆拱形 脊高 3 0 3 6 m 跨度为 8 m 外表面覆盖 有棚膜 并设置有通风口以及防虫网 遮阳网等装置 图 1 拱棚结构 日光温室是南疆地区最重要的园艺设施 帮助 南疆果菜实现越冬生产 其结构如图 2 所示 日光 温室一般为半拱形 一边为保温墙 另一边为由薄 15 徐 灿 等 南疆温室园艺设施与装备发展现状与建议第1期 膜组成的前屋面 前屋面一般配有保温棉被 保温 墙体已经从单一材料发展为多层墙体结构 墙体主 要分为土墙和砖砌结构墙体 土墙冬暖夏凉 为经 济适用型墙体 目前主要有固化戈壁土墙体和护坡 堆土墙体 2 种类型 砖砌结构墙体结构坚固 外形美 观 目前该墙体一般分为 3 层 在 2 层砖墙之间加 1 层填充物 填充物可为保温材料 秸秆苇板以及土 砂石等材料 温室骨架早期采用竹木结构 后来出 现了钢竹混合结构 再到现在的全钢骨架 材料以 圆管为主 5 图 2 日光温室 南疆温室为作物提供相对封闭的空间 具有防 虫以及遮风挡雨的作用 环境相对可控 实现冬季 保温 帮助作物实现越冬生产 冬季南疆地区的最 低气温可达 20 以下 所以对该地区温室的保温 性能有更高的要求 南疆温室主要依靠保温墙体 保温被以及其他加温手段如水幕地暖 暖气等实现 保温功能 王志伟等开发的水幕地暖装置如图 3 所 示 将黑色水幕布置在温室后墙 白天 通过阳光 照射将水幕中的水加热 然后将热水泵入在埋在地 下 40 cm 深的管道内存储 夜间 地下管道内的热水 为作物根部加温使其度过寒冷的夜晚 6 图 3 水幕地暖装置示意图 此 外 温室内一般还配有通风装置帮助温室排 除多余热量 降低温度并与外界进行气体交换 补 充作物生长所需的二氧化碳 2 温室作物主要种植方式 南疆温室内种植作物品种有番茄 辣椒 黄 瓜 茄子 莲花白 花菜 辣椒 白菜 芹菜 瓜 16 现代农业装备 2023年 果以及林果等 新疆兵团的设施园艺品种种植面积 最大的为蔬菜 占比 53 1 林果种植面积占比为 44 4 其他温室种植花卉 食用菌 中草药等以及 部分温室用于育苗等 7 南疆温室内种植方式主要分为有土栽培和无土 栽培 无土栽培又分为水培和基质培 由于南疆大 部分为沙土 有机质含量低 所以南疆的有土栽培 多利用丰富的沙土资源 将粉煤灰 聚丙烯酰胺和 沙土进行混合 改善沙土含水率 提高沙土有机质 含量 使其适合种植作物 7 水培即把作物种植于营 养液中 营养液直接向作物提供水分 养分 该方 法不需要任何基质 不受当地土质影响 一般用来 种植蔬菜如生菜等 基质栽培一般使用固体基质固 定作物根系 使用营养液为作物提供营养 一般基 质有岩棉 椰糠等 南疆当地因地制宜 使用黄沙 作为基质 如图 4 所示 使用防渗层将黄沙隔离开 然后使用滴灌供应植物生长所需营养液 8 11 图 4 黄沙基质栽培示意图 3 温室水肥一体化技术的应用 南疆地下水的含盐量在 1 5 2 0 含盐量 过高 不宜直接用于配置营养液 所以配置营养液 需要对地下水进行处理或直接使用自来水 由于南 疆土壤有机质含量低 无论温室种植使用有土栽培 还是无土栽培 作物生长所需的营养均需由水肥提 供 所以对水肥要求较高 目前南疆温室大部分施 肥方式是将肥料按照配方溶于营养液池 然后由离 心泵将营养液从营养液池泵至各作物处 图 5 所示 为营养液池实景图 该方式需要有较大的混肥池 图 5 a 所示为大混肥池 即使用整个温室作为混 肥池 为其他温室供应营养液 图 5 b 所示为小 混肥池 供应营养液给单个温室 使用营养液池进 行营养液配置与供应 优点是操作方法简单 成本 低 缺点是需要多次配肥 费时费力 占地面积大 使用方式不够灵活 南疆部分温室也有使用施肥机 进行水肥管控 如图 6 所示 该施肥机为旁路式施 肥机 使用文丘里式吸肥器从高浓度肥料母液罐吸 取肥料按照一定比例与清水混合 实现边灌溉边混 肥 无需混肥池 节省人力物力 提高空间利用率 但是智能化程度低 人机交互性较弱 a 大混肥池 b 小混肥池 图 5 混肥池 图 6 水肥一体化施肥机 17 徐 灿 等 南疆温室园艺设施与装备发展现状与建议第1期 4 温室作业机械化情况 对于南疆日光温室 最主要的机械装备是卷被 机 温室覆盖棉被的主要作用是保温 卷被机如图 7 所示 白天时卷被机将棉被卷起来 让阳光穿过薄 膜射入温室为作物生长提供能量 夜间温度下降时 卷被机将棉被放下 避免温室内部温度快速流失 达到夜间保温效果 图 7 卷被机 总体而言 目前南疆温室的机械化程度较低 翻土 覆土 育苗 移植 灌溉 田间管理以及 后期采收和秸秆处理等农业生产过程大多由人工 完成 缺乏专用农机具 生产手段落后 劳动强 度大 作业环境差 生产效率低 劳动力成本是 生产成本的最主要组成部分 难以实现标准化 规模化生产 由于日光温室一般为南北布置 但 是垄作方向为东西方向 导致田垄较短 一般田 垄长度仅为6 7 m 如图8所示 若使用田间 管理机械装备则需频繁掉头 不利于机械化操作 目前相关研究单位与企业正在加紧研发针对丘陵 山区的小型机械 此类小型机械未来也可应用于 此类型的日光温室 同时针对育苗等非田间管理 环节的机械较为成熟 南疆温室可使用相关设备 提高机械化程度 降低劳动强度 图 8 温室垄作方向 5 存在问题 1 温室作业机械化程度较低 目前南疆农事劳 作几乎均由人工完成 因为南疆温室大部分为南北 向的单栋日光温室 内部垄作方向为东西方向 田 垄长度较短 若使用机械进行翻土 起垄 播种 移栽等操作 机械装备会频繁掉头转向 影响效率 且目前针对南疆沙漠温室的机械化装备也较少 导 致其机械化程度较低 2 水肥一体自动化程度较低 南疆由于自然条 件原因 种植技术高度依赖水肥技术 但是目前水 肥一体技术自动化程度较低 目前大部分南疆温室 多在混肥池内按照一定比例放入肥料和清水配制水 肥溶液 混合均匀后由水泵将肥液输送到作物处 此方法不仅需要配套建设巨大的混肥池 人工操作 强度大 而且无法根据作物种类和不同作物生长周 期随时调整营养液浓度 3 环境控制手段弱 目前南疆大部分温室环控 一般为保温棉被控制以及通风装置控制 环控手段 较弱且保温棉被收放或通风装置控制需要工人现场 进行操作 费时费力 且南疆温室数量众多 人工 成本较高 4 信息与智能化程度低 目前南疆温室缺少信 息化与智能化装备 信息化程度低 温室内的空气 温湿度 土壤温湿度 风量风速 二氧化碳浓度等 信息需要人工采集并汇总 过程费时费力 根据温 室环境信息进行环控的反应速度慢 可能温室内温 度过高或过低几个小时后 工作人员才了解到该信 18 现代农业装备 2023年 息 此时再去调整环控 不可避免地会对作物造成 损伤 12 13 6 解决建议 综上所述 针对南疆地区温室园艺设施与装备 存在的问题提出以下几点建议 1 针对目前温室机械化程度低的问题 可从 以下两个方面进行解决 首先 对温室结构进行 宜机化改造 可改变现有温室内种植作物的垄作 方向 将垄作方向由东西方向改为南北方向 这 样每垄的长度足够长 机械装备工作时不需频繁 掉头 工作效率大大提高 也可在南疆建设大型 保温连栋温室 连栋温室利用面积远大于传统温 室 土地利用率高 分区灵活 适宜机械化操作 相对于传统温室 自动化信息化程度高 虽然连 栋温室保温能力较差 加温成本高 但可针对连 栋温室研究无功耗或低功耗保温方法 实现低成 本越冬生产 其次 选用或研制适用于南疆温室 的小型化机械装备 例如整地 覆膜 起垄开沟 播种 移栽 田间管理 收获等环节的机械装备 以此降低人员劳动强度 2 针对温室水肥一体化技术弱的问题 可使用 如图 9 所示的智能水肥一体化装备 可针对不同区 域种植作物和生长周期定制营养液计划 自动监测 营养液浓度 自动按照灌溉计划施肥或灌溉 仅配 置浓度较高的母液桶和一个体积较小的清水罐即可 占地面积小 施肥精度高 自动化程度高 针对南 疆地下水盐碱度较高 可使用专业设备过滤后再用 于配置营养液 或直接使用自来水配置营养液 可 根据实际情况进行选择 a 智能水肥一体化装备视图 A b 智能水肥一体化装备视图 B 图 9 智能水肥一体化装备 3 针对温室环节控制手段弱 信息化和智能 化程度低的问题 可针对南疆温室保温需求增加 环控手段 比如增温 开窗 环流风机 喷雾等 手段 可对温室进行智能化改造 根据外界环境和 温室内部环境按照提前设置好的参数自动启用环 控手段 可在办公区域设置中控室 实现在办公室 或手机上远程对各个温室内的环控手段以及环境 参数进行监测和控制 降低劳动强度 提高温室 智能化程度 在温室内布置温湿度等传感器 实 时收集环境参数 植物生长信息以及施肥灌溉等 19 徐 灿 等 南疆温室园艺设施与装备发展现状与建议第1期 信息 若遇环境参数异常可及时反馈给操作人员 避免对作物造成损伤 同时对收集的大量数据进行 分析 根据分析结果优化种植方案或为下一年的 种植提供参考 参考文献 1 秦艳 周跃志 师庆东 基于气温 降水变化的南 疆气候变化分析 J 干旱区资源与环境 2007 21 8 54 57 2 郑建强 谭志发 谢富才 等 南疆沙漠土壤种植 苹果的问题及对策 J 果农之友 2020 7 35 36 3 王志伟 日光温室水幕集热 地暖加温系统设计与 应用效果 D 阿拉尔 塔里木大学 2020 4 雷霆 乡村振兴背景下南疆地区扶贫开发治理研究 J 社会保障研究 2019 6 80 89 5 吴乐天 孙小丽 马彩雯 新疆设施农业发展现状 J 农业工程技术 2018 38 16 12 19 6 王志伟 李明 刘文科 等 南疆沙漠日光温室水 幕集热 地暖加温系统优化设计研究 J 农业工程 技术 2020 19 42 46 7 吴奇峰 新疆兵团设施园艺发展研究 D 北京 中 国农业大学 2015 8 张荠文 吴昊 微咸水膜下滴灌对沙漠温室黄瓜产 量的影响研究 J 地下水 2018 40 6 96 98 9 王存存 田军仓 沙漠日光温室乳瓜不同防渗措施 试验研究 J 节水灌溉 2013 7 69 72 10 赵云霞 裴红霞 高晶霞 等 日光温室蔬菜沙培 技术研究进展 J 北方园艺 2013 24 203 206 11 赵智 唐泽军 宋满刚 等 粉煤灰和聚丙烯酰胺 对沙质土壤中玉米生长的影响 J 农业机械学报 2013 44 6 136 142 12 马彩雯 王晓冬 吴乐天 等 新疆设施农业发展 现状分析 J 农机化研究 2010 32 10 230 232 236 13 孙立峰 马少辉 南疆地区温室产业现状及发展 J 农业工程 2014 4 1 45 49 Development Status and Suggestions of Greenhouse Horticultural Facilities and Equipment in Southern Xinjiang Xu Can 1 2 3 Li Guilian 3 Wang Nansen 3 Liu Nihong 1 2 3 1 Guangdong Institute of Modern Agricultural Equipment Guangzhou 510630 China 2 Key Laboratory of Modern Agricultural Intelligent Equipment in South China Ministry of Agriculture and Rural Affairs P R China Guangzhou 510630 China 3 Guangdong Hongke Agricultural Machinery R greenhouse horticulture current situation and suggestions